U vestima o aktuelnoj katastrofi u japanskoj nuklearnoj elektrani „Fukušima daiči“, konstantno se provlače dve teme. Jedna je problem potencijalno smrtonosne radijacije koju emituju pogođeni reaktori, koja seže i dalje od Japana. Još uvek se pojavljuju novi izveštaji o radijaciji. (Dok pišem ove redove u Koloradu, upravo javljaju da je mali deo radioaktivnog materijala dospeo i ovde.) Drugi problem – koji će se odraziti na nuklearne pogone širom sveta – jeste nepouzdana konstrukcija ovih šest reaktora i njhovih bazena za istrošeno gorivo, koji su svi mogli da ostanu bez rashladne vode i da se zapale u danima nakon zemljotresa. Međutim, u ovoj raspravi se nedovoljno pominje analiza konkretne vrste detektovane radijacije, i šta nam ona govori o ovom incidentu.
Srećom, u proteklih nekoliko dana otkrili smo da se radioaktivnost koja je dosegla do Tokija – i Kolorada, kad smo već kod toga – uglavnom sastoji od izotopa joda-131. Možda vam to deluje kao čudna vrsta dobre vesti, ali objasniću. Prvo treba da znamo kako se dobija jod-131. U reaktoru nuklearnu fisiju proizvodi uranijum-235 – što je obično 3 ili 4 procenata od ukupnog uranijuma, a nalazi se u „šipkama gorivog elementa“ koje se ubacuju u reaktor. To ide ovako: ako zamislite da je jezgro uranijuma-235 jedna kapljica, kada nju pogodi neutron, ona počinje da se komeša, i ako je komešanje dovoljno snažno, ono dostiže dovoljnu energiju i razbija se na manje kapljice, koje se nazivaju fisioni odlomci. To dodatno proizvodi još neutrona, a oni izazivaju dodatnu fisiju, pa time i nuklearnu „lančanu reakciju“. Mase ovih fisionih odlomaka – koje čine nestabilna jezgra iz sredine periodnog sistema, zajedno sa emitovanim neutronima, u proseku manje od tri – manja je od mase uranijuma-235 i početnog neutrona. Razlika u masi proizvodi energiju koju daje Ajnštajnova formula E=mc2. To je energija fisije.
Reakcija na koju ćemo se mi koncentrisati je ona koja proizvodi jod-131, kao i jedan izotop retkog elementa itrijuma. Ovaj izotop joda je nestabilan i period poluraspada mu je oko 8 dana. Kad se mala količina joda-131 unese u organizam, ćelijskom mutacijom može da izazove rak štitne žlezde. (Zanimljivo je da veća doza može da ubije ove kancerozne ćelije.) Zašto je onda podatak da je ovaj izotop pronađen blizu reaktora „Fukušima daiči“ dobra vest? Ovde dolazimo do pitanja bazena za skladištenje potrošenog nuklearnog goriva.
Kada ovi reaktori rade, oni proizvode velike količine nuklearnog otpada u obliku potrošenog goriva. Potrošene gorive šipke sadrže i osiromašeni uranijum – uranijum koji je kroz fisiju lišen uranijuma-235 – i vrlo radioaktivne fisione odlomke raznih vrsta. Kada je krajem pedesetih godina u SAD pokrenuta nuklearna industrija, doneta je odluka da se ovaj otpad skladišti u bazenima, a taj model su prihvatili i Japanci. Taj otpad se drži ispod vodene površine, koja hladi potrošene gorive šipke, da se ne bi zapalile. Iako se u ovim šipkama više ne odvija fisija, radioaktivnost oslobađa toplotu. Jednom prilikom sam u rukama držao „plutonijumsko punjenje“ nuklearnog oružja, i bilo je toplo. Toplota se oslobađa dokle god ovi elementi zadržavaju svoju radioaktivnost, što može da traje decenijama.
Do danas je u SAD proizvedeno oko 70.000 tona nuklearnog otpada, i dugo se pretpostavljalo da će se za njegovo odlaganje iznaći pragmatičnije rešenje. Ali zbog upornog otpora izgradnji jednog takvog dugoročnog objekta na planini Jaka u Nevadi, ili bilo gde drugde, nije postignut nikakav napredak, i trenutno širom zemlje imamo stotinak skladišnih bazena, smeštenih pored reaktora koji su proizveli njihov otpad. Nakon toliko decenija, u ovim bazenima ima toliko otpada da se mnogi od njih smatraju „gusto sabijenim“, i dostigli su takvu tačku da se gustina otpada može uporediti sa gorivom u aktivnoj zoni reaktora.
Prosečan reaktor ovog tipa u aktivnoj zoni ima oko osamdeset tona uranijuma. Pošto se gorive šipke vade svakih nekoliko godina, jedan skladišni bazen u SAD može da sadrži i do 400 tona potrošenog goriva. Bazeni u elektrani „Fukušima daiči“ široki su i dugački 12, a duboki 14 metara. U principu, potrošeno gorivo zauzima najviše 4,5 metra od dna. Ovi bazeni su mnogo ređe sabijeni od američkih; u njima ima oko 80 tona potrošenog goriva. Ali nalaze se direktno iznad reaktora.
U tome je problem koji hitno mora da se reši. Ako bi nestala voda iz tih bazena, onda oklop gorivih elemenata – spoljni deo gorivih šipki – može da se istopi, što bi dovelo do oslobađanja radioaktivnih odlomaka. U japanskim reaktorima, bazeni su smešteni unutar iste konstrukcije kao i sam reaktor (čelični oklop) i nemaju zasebne strukture. To znači da ako konstrukcija reaktora popusti – što se desilo u nekoliko reaktora u elektrani „Fukušima daiči“ – i ako voda nestane, radioaktivni elementi istopljenih gorivih šipki u bazenima mogu da se oslobode i rašire po okolini.
Različiti radioaktivni elementi nose različite rizike. Pored joda-131, želim da istaknem još jedan opasni izotop, cesijum-137. Kao i izotop joda, i cesijum-137 je nestabilan i raspada se u elektrone, ali sa mnogo dužim periodom poluraspada od tridesetak godina. To je opasna stvar koja izaziva rak. Velike količine cesijuma-137 oslobođene su iz aktivne zone reaktora u Černobilju i zbog sporog raspadanja, „odbaciva zona“ od oko 2.850 kvadratnih kilometara oko tog mesta biće teoretski nenaseljiva još dva veka. Da je ovaj izotop oslobođen u velikoj količini u japanskoj nesreći, to bi izazvalo nesagledive posledice.
(Još jedan razlog za zabrinutost je to što jedan od japanskih reaktora, reaktor 3, koristi drugačiju vrstu goriva, zvanog MOX. To je uranijumsko gorivo sa dodatkom male količine plutonijuma. Fisija plutonijuma proizvodi druge radioaktivne izotope, a sam plutonijum – čak i u najmanjim količinama – strahovito je opasan ako se unese u organizam. Izveštaji o stanju ovog reaktora moraju se pažljivo pratiti.)
Kako se to onda pojavio jod-131, ali nema velikih količina cesijuma-137? Otpad u ovim bazenima se skladišti dugoročno. To znači da se kratkotrajni izotopi poput joda-131 raspadaju, ali cesijum-137 ostaje. Sada u bazenima ima otprilike isto toliko cesijuma-137 kao i u aktivnoj zoni reaktora. Sada vidite zašto su vesti o jodu dobre. To znači da je radioaktivna emisija potekla iz samih reaktora, a ne iz bazena. (Mala količina cesijuma je oslobođena iz reaktora, ali nije pronađena nigde daleko od elektrane, a svakako je zanemarljiva u odnosu na količinu koja bi mogla biti emitovana iz bazena.) Očigledo je da je dolivanje vode u bazene da bi se rashladili nakon nesreće bilo vrlo rizično. Da to nije uspelo, imali bismo katastrofu. Ako ova situacija potraje, možda će ova nesreća biti sličnija onoj na Ostrvu od tri milje nego černobiljskoj. Ove dve nesreće izazvane su ljudskom greškom, a ne višom silom kao što je zemljotres.
Šta je naravoučenije? Ima ih mnogo, ali je za mene najvažnije da moramo pronaći bolji način za skladištenje otpada od bazena. Koliko god da je situacija u Japanu loša, imamo sreće što, po svemu sudeći, bazeni nisu emitovali značajnu radijaciju. Ali ova nesreća skreće pažnju na urgentan i sve ozbiljniji problem skladištenja nuklearnog otpada širom sveta. Neki predlozi, poput planine Jaka, postali su politička pitanja, i izgleda da od njih neće biti ništa. Neki drugi, poput korišćenja „suvih buradi“ – skladištenje već ohlađenog potrošenog goriva u čelične kutije u koje se upumpava inertni gas, i koje se potom odlažu u kontejnere od betona i čelika – izvodljivi su i pružaju bolje kratkoročno rešenje. Ali to je skupo i nuklearna industrija se tim rešenjima opire. Pitanje skladištenja nuklearnog otpada očigledno je međunarodni problem, i trebalo bi pronaći međunarodno rešenje.
Ja nisam protiv nuklearne energije. Naprotiv. Ali ne želim da vidim dalju izgradnju dok se problem otpada ne reši.
Dodatak, 29. mart:
Jutros je objavljeno da je mala količina plutonijuma pronađena u uzorcima zemlje uzetim oko 450 metara od reaktora u Fukušimi. Želim da ovo smestim u jedan kontekst. Zahvaljujem kolegi Keriju Subletu za pomoć.
Između 1952. i 1963. godine, nekoliko tona plutonijuma ubačeno je u atmosferu u okviru testiranja nuklearnog naoružanja. To se vratilo na zemlju u obliku nuklearnih padavina, tako da bi bilo iznenađujuće da plutonijum nije pronađen u ovim uzorcima zemlje. Međutim, značajan je izotopski sadržaj ovih uzoraka. U nuklearnom naoružanju, dominantni izotop je plutonijum-239, čiji je period poluraspada oko 24.000 godina; prisutni su i drugi izotopi u malim količinama, pošto ih proizvode isti reaktori koji proizvode i plutonijum-239. Ali u japanskim uzorcima pronađen je drugi izotop, plutonijum-238, u količini većoj od očekivane u takvim padavinama.
Kao i ostali izotopi plutonijuma, plutonijum-238 je nestabilan i period poluraspada mu je oko 86 godina. On je koristan izvor energije i može se pronaći u uzorcima iz svemira. Zanimljivo je da je to bio prvi otkriveni izotop plutonijuma još 1941. Njegovo prisustvo u uzorcima zemlje znači da on dolazi iz reaktora i da je proizveden sagorevanjem nuklearnog goriva. To je korisna stvar za dijagnostifikovanje elemenata potrošenog goriva. To je nagoveštaj da je verovatno došlo do propusta u izolaciji. Od ovog plutonijuma ne preti nikakva veća opasnost nego od ostatka plutonijuma u tlu, ali bi ga trebalo pažljivo pratiti zbog dijagnostike.
Džeremi Bernstajn, NYRBlog, 25.03.2011.
Preveo Ivica Pavlović
Peščanik.net, 05.04.2011.